源/https://essd.copernicus.org
最近，中科院青藏高原研究所、中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的學(xué)者和德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)、GFZ德國(guó)地球科學(xué)研究中心以及LI-COR公司研究人員，合作在《Earth system Science Data》期刊上撰文，發(fā)布了全球首批西藏中部高山草原生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期碳通量數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)表明：從2005-2019年，西藏高山草原生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為“微弱”的碳吸收。這表明了該生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性：在全球變暖背景下，該生態(tài)系統(tǒng)極易轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤荚础薄?/span>
西藏高山草原生態(tài)系統(tǒng)的面積約為800,000km2，土壤表層30cm內(nèi)包含3.3%的土壤有機(jī)碳。僅西藏自治區(qū)（472,037km2）的總有機(jī)碳含量就高達(dá)1.93PgC 。這一地區(qū)升溫幅度是全球平均水平的兩到三倍，這會(huì)導(dǎo)致土壤呼吸速率的增強(qiáng)，土壤碳庫(kù)存在損失的風(fēng)險(xiǎn)。圖源/wikipedia.org
得到這一結(jié)論并不容易。這背后是對(duì)海量通量原始數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、可靠分析。
LI-COR公司研發(fā)的EddyPro?軟件在本項(xiàng)研究中發(fā)揮了重要作用。
研究者對(duì)渦度協(xié)方差通量數(shù)據(jù)做了嚴(yán)密的數(shù)據(jù)分析，包括：
原始數(shù)據(jù)處理 Raw data processing
去除異常值、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、除趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量分級(jí)。10Hz的原始數(shù)據(jù)通過EddyPro?計(jì)算出每30mins的通量數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)漂移修正Drift correction
由于氣體分析儀在光源、鏡頭、濾光片、檢測(cè)器等方面存在細(xì)微差異，吸收率和氣體密度之間的關(guān)系并不完全符合理論值，需對(duì)每個(gè)氣體分析儀單獨(dú)校準(zhǔn)。吸收率偏移值的時(shí)間序列作為動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)導(dǎo)入EddyPro?軟件。
數(shù)據(jù)質(zhì)量過濾Quality filtering
只有在特定條件下，渦度協(xié)方差方法獲得的數(shù)據(jù)才是有效的。因此在EddyPro?對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格分類過濾：Quality Flags。
EddyPro?是一款功能強(qiáng)大的渦度協(xié)方差數(shù)據(jù)處理軟件：可計(jì)算得到CO2、H2O、CH4、能量通量。EddyPro?可隨SmartFlux?安裝在野外渦度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)處理原始數(shù)據(jù)；EddyPro?還可安裝在個(gè)人電腦上，研究者可選擇各種處理方法對(duì)原始數(shù)據(jù)做深度分析。
風(fēng)場(chǎng)分析Wind field analysis
樣地周邊建筑物或其他基礎(chǔ)設(shè)施的存在，會(huì)影響通量值的有效性。因此，研究者們分析了該位點(diǎn)的風(fēng)場(chǎng)分布。此外，使用2001年的Kormann和Meixner模型，研究者計(jì)算了累積量來估算通量測(cè)量的源面積。使用FREddyPro R計(jì)算累積量（Cummulative Footprints）并成圖。EddyPro軟件可計(jì)算上風(fēng)向通量貢獻(xiàn)的距離。
傳感器自加熱數(shù)據(jù)修正Sensor self heating correction
當(dāng)使用開路IRGA分析儀時(shí)，測(cè)量光路上溫度和水汽濃度的波動(dòng)會(huì)引發(fā)空氣密度的變化，此時(shí)有必要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，方法通常使用WPL。另外，在寒冷條件下，例如當(dāng)溫度低于-10℃，由于在測(cè)量光路上發(fā)生的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱交換過程，會(huì)導(dǎo)致最終CO2的通量表現(xiàn)為吸收。這一現(xiàn)象與儀器內(nèi)部電子元件在工作時(shí)的發(fā)熱以及開路測(cè)量不同部位接收到的太陽(yáng)輻射不同有關(guān)。雖然這種Heating Correction的量級(jí)很小，比WPL訂正小10~50倍，但如果長(zhǎng)期處在低溫環(huán)境下，足以導(dǎo)致對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳吸收的高估。針對(duì)這個(gè)問題，LI-COR科學(xué)家Burba等（2008）在EddyPro?軟件中，開發(fā)出了一整套完整的訂正解決方案。
數(shù)據(jù)插補(bǔ)Gap filling
為了讓時(shí)間序列上CO2通量數(shù)據(jù)是完整的，研究者使用邊際分布采樣（MDS）方法，在ReddyProc R軟件包里，對(duì)通量數(shù)據(jù)進(jìn)行了插補(bǔ)。
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Tovi軟件更新到 2.8.1，可插補(bǔ)CH4通量數(shù)據(jù)
使用Tovi，高效處理通量數(shù)據(jù)：查看站點(diǎn)的能量平衡